天然氣管道滑坡管段安全狀態的非接觸式磁異常檢測與判斷

李洪濤　潘春鋒

摘要：天然氣管道沿線在不同的地形條件下易遭受到各種形式的滑坡災害，滑坡體的滑動導致管道局部產生應力集中并導致管道斷裂破壞，直接影響管道的安全運行。滑坡管段的有限元方法與應力-應變片檢測方法不能反映管道真實的應力與安全狀況。針對這一問題，提出采用非接觸式磁異常檢測技術PMDT實現滑坡管段的三維高精度磁應力檢測，從而實現非開挖情況下管道應力與安全狀況的直接判斷，結合規范標準提出管道的安全運行措施。通過PMDT技術在中貴線FA017-FA020樁滑坡管段的現場應用，合理確定了管道在停輸后的安全運行壓力，現場應用結果驗證了非接觸式磁異常檢測技術與方法的可行性。

關鍵詞：管道；滑坡；安全；磁異常

1前言

埋地天然氣管道由于沿線地形的變化，局部管段經常遭受到滑坡地質災害的影響。國內外常采用有限元分析方法，建立滑坡地段下埋地管道的力學模型，實現滑坡管段應力分布的數值模擬。由于不能準確獲取埋地管道的敷設狀態與約束邊界條件，計算結果與實際管道狀況存在較大的偏差[1]。另外一種用于現場監測的應力-應變測試方法，由于監測結果主要反映的是應變片安裝后，荷載或壓力發生改變引起的應變與應力變化，不能準確知道管道應力監測前的水平[2]。為了準確獲知管道的真實應力狀態與安全等級，利用國內專利技術-非接觸式管道磁檢測方法（PMDT專利號：CN201310020694.0），可實現管道停輸、升壓、運行狀況下的三維高精度磁應力檢測，從而判斷管道應力狀態與安全狀況[3][4]，并通過在中貴線FA017-FA020樁滑坡管段的現場應用分析PMDT檢測方法的可行性。

2滑坡管段的非接觸式磁異常檢測原理與方法

在滑坡管段由于荷載和壓力的作用，局部管段將產生應力集中。發明專利-非接觸式管道磁檢測方法運用鐵磁性材料的磁籌效應，建立應力集中區的應力變化與該處磁力梯度模量變化的關系，從而實現管道不同應力狀態的磁異常檢測與識別，對識別的應力等級進行評估，風險較大應優先修復，一般風險需計劃修復，風險較小可繼續運行。與其他無損檢測相比，PMDT技術不需要改變管道的現有運行狀況。并適用于管道停輸、升壓、運行等不同階段[4]。

三維磁力梯度△Bx、△By、△Bz、模量Q與管道外測點處附加磁場梯度、磁異常綜合指數F計算方法見下式。

3中貴線FA017-FA020樁滑坡管段PMDT檢測與安全等級判斷

中貴線FA017-FA020樁管段位于習水縣寨壩鎮鳳凰村民主組，長度約470m，橫坡敷設，管道位于西低東高的山體半坡地帶，山體最高處高程約1300m，最低處溝谷高程約850m，管道高程范圍約860～1000m。2016年9月-2017年4月，管道所在的山體斜坡、附近房屋陸續產生裂縫斜坡，公路沿線及房屋產生多條貫通拉張裂縫、側緣羽狀剪切裂縫，滑坡變形現象明顯，造成局部面積塌陷與下錯。利用PMDT非接觸式高精度磁應力測試系統，2017.7.27-8.11進行了中貴線FA017-FA020樁管段停輸、升壓等階段的磁應力檢測。

3.1停輸階段的PMDT檢測結果

在停輸階段進行全線PMDT數據檢測與分析，PMDT結果為：

（1）無“高風險”、“Ⅰ”級磁異常管段，管道應力小于許用應力，存在安全裕量；

（2）FA017、FA018、FA019+0～+30m為“低風險”、“Ⅲ”級磁異常管段；

（3）FA019+48m～+58m管段檢測結果為“中等風險”、“Ⅱ”級磁異常，F值為0.52～0.54，為應力相對較高管段，需要重點監控；

（4）引起磁異常值F的主要變量來自于“Z”軸方向的磁場變化，體現了山體滑坡擠壓管道產生的管道應力變化與影響；

（5）根據РД 102《運用非接觸式磁檢測方法進行管道技術狀況診斷指南》（俄羅斯聯邦礦工業委員會）第9部分“適用性參數的計算（安全操作壓力和安全操作期限）”，確定中貴線FA017～FA020樁滑坡管段在沒有滑坡荷載與環境載荷增加的前提下，管道的安全運行壓力Psafe與短期最大操作壓力Pmax分別為6.8MPa、7.5MPa。

3.2升壓階段的PMDT檢測結果

2017年8月11日管道運行壓力達到4.3MPa，相應的PMDT檢測結果為：

（1）全線整體應力狀況未明顯增加，無“高風險”、“Ⅰ”級磁異常管段，管道應力小于許用應力，存在安全裕量；

（2）FA017、FA018、FA019+0m～FA019+30m管段與前次檢測無明顯變化，均為“低風險”、“Ⅲ”級磁異常管段；

（3）由于管道運行壓力增大，第二次檢測的應力集中管段FA019+48m～FA019+58m，最小F值由0.52變為0.50，反映出了應力增加導致的磁應力系數值的改變，但改變幅度不大，為“中等風險”、Ⅱ級，應力相對集中區域為FA019+46m～FA019+58m。

4.結論

通過PMDT非接觸式高精度磁應力檢測技術的應用，可實現埋地管道滑坡管段安全狀態的檢測。

（1）通過PMDT檢測技術與方法在中貴線FA017-FA020樁滑坡管段的實際應用，證明了PMDT技術對滑坡管道的應力集中可進行有效的檢測與識別；

（2）結合規范標準，合理確定了中貴線FA017～FA020樁滑坡管段的長期與短期安全運行壓力Psafe分別為6.8MPa、7.5MPa。

參考文獻：

[1]帥健，王曉霖，左尚志.地質災害作用下管道的破壞行為與防護對策[J].焊管，2008，31（5）：9-15.

[2]林冬，雷宇，許可方，等.橫向滑坡對管道的影響試驗[J].石油學報，2011，32（4）：728-732.

[3] TSG D7003-2010《壓力管道定期檢驗規則 長輸（油氣）管道》.

[4]РД 102-008-2009《運用非接觸式磁檢測方法進行管道技術狀況診斷指南》（俄羅斯聯邦礦工業委員會）.

作者簡介：

李洪濤（1988-），男，貴州平壩人，畢業于貴州大學電子信息工程專業，助理工程師，從事天然氣長輸管道運行管理工作。